CN107989658B - 用于多壁叶片的冷却回路 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于多壁叶片的后边缘冷却系统，包括：一组向外支路，其朝向所述多壁叶片的后边缘延伸并流体连接到冷却剂馈送装置；一组返回支路，其远离所述多壁叶片的所述后边缘延伸并流体连接到冷却剂收集通道；以及连接系统，其用于流体连接所述向外支路组和所述返回支路组；其中所述向外支路组沿着所述多壁叶片的径向轴线从所述返回支路组径向地偏移。

Description

用于多壁叶片的冷却回路
相关申请
本申请涉及共同申请的美国申请号：15/334474,15/334563, 15/334585,15/334448,15/334501,15/334517,15/334450,15/334471和 15/334483、GE档案号313716-1、313719-1、313720-1、313722-1、 313723-1、313726-1、313479-1、313490-1和315630-1，其全部于 2016年10月26日被提交。
背景技术
本发明大体上涉及涡轮系统，且更具体地说，涉及用于多壁叶片的冷却回路。
燃气涡轮系统是广泛用于例如发电等领域的涡轮机的一个实例。常规燃气涡轮系统包括压缩机区段、燃烧室区段和涡轮区段。在燃气涡轮系统的操作期间，系统中的涡轮叶片和喷嘴等各种部件经受能够使部件发生故障的高温流。由于较高的温度流一般会使燃气涡轮系统的性能、效率和电力输出提高，使经受高温流的部件冷却以允许燃气涡轮系统在增加的温度下操作是有利的。
多壁叶片通常包括错综复杂的内部冷却通道。例如由燃气涡轮系统的压缩机提供的冷却空气(或其它合适的冷却剂)可穿过冷却通道并从冷却通道排出以使多壁叶片的各种部分冷却。由多壁叶片中的一个或多个冷却通道形成的冷却回路可包括例如内部近壁冷却回路、内部中央冷却回路、尖端冷却回路以及邻近多壁叶片的前后边缘的冷却回路。
发明内容
本发明的第一方面提供一种用于多壁叶片的后边缘冷却系统，包括：一组向外支路，其朝向所述多壁叶片的后边缘延伸并流体连接到冷却剂馈送装置；一组返回支路，其远离所述多壁叶片的所述后边缘延伸并流体连接到冷却剂收集通道；以及连接系统，其用于流体连接所述向外支路组和所述返回支路组；其中所述向外支路组沿着所述多壁叶片的径向轴线从所述返回支路组径向地偏移。
进一步地，所述返回支路组相对于所述向外支路组周向地偏移。
进一步地，所述向外支路组沿着所述多壁叶片的吸力侧延伸，而所述返回支路组沿着所述多壁叶片的压力侧延伸，或其中所述向外支路组沿着所述多壁叶片的所述压力侧延伸，而所述返回支路组沿着所述多壁叶片的所述吸力侧延伸。
进一步地，所述冷却剂馈送装置流体连接到多个向外支路组，并且其中所述冷却剂收集通道流体连接到多个返回支路组。
进一步地，给定一组向外支路中的第一向外支路通过所述连接系统流体连接到相邻一组返回支路中的返回支路，并且其中所述给定向外支路组中的第二向外支路通过所述连接系统流体连接到相邻的另一组返回支路中的返回支路。
进一步地，所述连接系统包括后连接件，所述后连接件将每组向外支路中的所述向外支路与每组返回支路中的所述返回支路连接。
进一步地，所述后连接件包括定位在每组向外支路中的所述向外支路与每组返回支路中的所述返回支路之间的点处的波状部分。
进一步地，所述连接系统包括多个弯曲部。
进一步地，给定一组向外支路中的向外支路通过第一弯曲部流体连接到相邻一组返回支路中的返回支路，并且其中所述给定向外支路组中的所述向外支路通过第二弯曲部流体连接到相邻的另一组返回支路中的返回支路。
进一步地，所述给定向外支路组包括单个向外支路。
进一步地，所述相邻返回支路组各自包括单个返回支路。
本发明的第二方面提供一种多壁涡轮叶片，包括：后边缘冷却系统，设置在所述多壁涡轮叶片内，所述后边缘冷却系统包括：一组向外支路，其朝向所述多壁叶片的后边缘延伸并流体连接到冷却剂馈送装置；一组返回支路，其远离所述多壁叶片的所述后边缘延伸并流体连接到冷却剂收集通道；以及连接系统，其用于流体连接所述向外支路组和所述返回支路组；其中所述向外支路组沿着所述多壁叶片的径向轴线从所述返回支路组径向地偏移。
进一步地，所述返回支路组相对于所述向外支路组周向地偏移。
进一步地，所述向外支路组沿着所述多壁叶片的吸力侧延伸，而所述返回支路组沿着所述多壁叶片的压力侧延伸，或其中所述向外支路组沿着所述多壁叶片的所述压力侧延伸，而所述返回支路组沿着所述多壁叶片的所述吸力侧延伸。
进一步地，所述冷却剂馈送装置流体连接到多个向外支路组，并且其中所述冷却剂收集通道流体连接到多个返回支路组。
进一步地，给定一组向外支路中的第一向外支路通过所述连接系统流体连接到相邻一组返回支路中的返回支路，并且其中所述给定向外支路组中的第二向外支路通过所述连接系统流体连接到相邻的另一组返回支路中的返回支路。
进一步地，所述连接系统包括后连接件，所述后连接件将每组向外支路中的所述向外支路与每组返回支路中的所述返回支路连接。
进一步地，所述后连接件包括定位在每组向外支路中的所述向外支路与每组返回支路中的所述返回支路之间的点处的波状部分。
进一步地，所述连接系统包括多个弯曲部，并且其中给定一组向外支路中的向外支路通过第一弯曲部流体连接到相邻一组返回支路中的返回支路，并且其中所述给定向外支路组中的所述向外支路通过第二弯曲部流体连接到相邻的另一组返回支路中的返回支路。
本发明的第三方面提供一种涡轮机，包括：燃气涡轮系统，其包括压缩机部件、燃烧室部件和涡轮部件，所述涡轮部件包括多个涡轮叶片，所述涡轮叶片中的至少一个包括多壁叶片；以及设置在所述多壁叶片内的后边缘冷却系统，所述后边缘冷却系统包括：一组向外支路，其朝向所述多壁叶片的后边缘延伸并流体连接到冷却剂馈送装置；一组返回支路，其远离所述多壁叶片的所述后边缘延伸并流体连接到冷却剂收集通道；以及连接系统，其用于流体连接所述向外支路组和所述返回支路组；其中所述向外支路组沿着所述多壁叶片的径向轴线从所述返回支路组径向地且周向地偏移。
本发明的说明性方面解决了本说明书所描述的问题和/或未论述的其它问题。
附图说明
根据结合附图的本发明的各种方面的以下详细描述，本发明的这些和其它特征将更容易被理解，附图描述了本发明的各种实施例。
图1是根据各种实施例的多壁叶片的透视图。
图2是根据各种实施例的沿着图1中的线X-X截取的图1的多壁叶片横截面视图。
图3是根据各种实施例的后边缘冷却回路的一部分的侧视图。
图4是根据各种实施例的图3的后边缘冷却回路的顶部横截面视图。
图5描述根据各种实施例的图3和4所示出的图1的多壁叶片的区段。
图6是根据各种实施例的后边缘冷却回路的侧视图。
图7是根据各种实施例的后边缘冷却回路的侧视图。
图8是根据各种实施例的后边缘冷却回路的一部分的侧视图。
图9是根据各种实施例的图8的后边缘冷却回路的顶部横截面视图。
图10是根据各种实施例的后边缘冷却回路的一部分的侧视图。
图11是根据各种实施例的后边缘冷却回路的一部分的侧视图。
图12是根据各种实施例的后边缘冷却回路的一部分的侧视图。
图13是根据各种实施例的图12的后边缘冷却回路的顶部横截面视图。
图14是根据各种实施例的后边缘冷却回路的一部分的侧视图。
图15是根据各种实施例的后边缘冷却回路的一部分的侧视图。
图16是根据各种实施例的图15的后边缘冷却回路的顶部横截面视图。
图17是根据各种实施例的后边缘冷却回路的一部分的侧视图。
图18是根据各种实施例的图17的后边缘冷却回路的顶部横截面视图。
图19是根据各种实施例的燃气涡轮系统的示意图。
应指出，本发明的附图未必按比例绘制。附图仅在于描述本发明的典型方面，因此不应被视为限制本发明的范围。在附图中，相同的数字表示各图之间的相同元件。
具体实施方式
如上面所指出，本发明大体上涉及涡轮系统，且更具体地说，涉及用于多壁叶片的冷却回路。多壁叶片可包括例如涡轮系统的涡轮叶片或喷嘴。
根据实施例，提供一种结合流的重新使用的后边缘冷却回路以用于冷却涡轮系统，例如，燃气涡轮系统的多壁叶片。冷却空气流在流动通过后边缘冷却回路之后得以重新使用。在穿过后边缘冷却回路之后，可收集冷却空气流并用来冷却多壁叶片的其它区段。例如，冷却空气流可引导到多壁叶片的压力侧或吸力侧中的至少一个以实现对流和/或薄膜冷却。此外，冷却空气流可提供到多壁叶片内的其它冷却回路，包括尖端和平台冷却回路。尽管本说明书关于多壁叶片进行了描述，但后边缘冷却回路可用于冷却其它类型的涡轮叶片的后边缘区域。
传统的后边缘冷却回路通常在冷却空气流流动通过后边缘冷却回路之后将其排出多壁叶片。这并未高效使用冷却空气，因为冷却空气在从多壁叶片排出之前可能尚未用到其最大热容量。对比之下，根据实施例，冷却空气流在穿过后边缘冷却回路之后用于进一步冷却多壁叶片。
如参见图19，在图中，“A”轴线表示轴向定向。如本说明书所使用，术语“轴向”和/或“轴向地”是指目标沿着轴线A的相对位置/方向，所述轴线A与涡轮系统，确切地说，为转子区段的旋转轴线大体上平行。如本说明书所进一步使用，术语“径向”和/或“径向地”是指目标沿着轴线“r”(如参见图1)的相对位置/方向，所述轴线“r”与轴线A大体上垂直且仅在一个位置处与轴线A相交。最后，术语“周向”是指围绕轴线A的移动或位置。
转向图1，示出涡轮叶片2的透视图。涡轮叶片2包括柄部4和多壁叶片6，也被称为多壁翼面，所述多壁叶片6连接到柄部4并从柄部4径向向外延伸。多壁叶片6包括压力侧8、相对的吸力侧10 和尖端区域52。多壁叶片6还包括压力侧8与吸力侧10之间的前边缘14、以及位于压力侧8与吸力侧10之间的与前边缘14相对侧上的后边缘16。多壁叶片6远离压力侧平台5和吸力侧平台7径向地延伸。
柄部4和多壁叶片6可各自由一种或多种金属，例如，镍、镍合金等形成并根据常规方式，例如，浇铸、锻造或以其它方式机器加工而形成。柄部4和多壁叶片6可一体地形成，例如，浇铸、锻造、三维打印等，或可形成为随后，例如，通过焊接、钎焊、压焊或其它连接机制接合的独立部件。
图2描述多壁叶片6沿着图1的线X--X截取的横截面视图。如所示，多壁叶片6可包括多个内部通道。在实施例中，多壁叶片6包括至少一个前边缘通道18、至少一个压力侧(近壁)通道20、至少一个吸力侧(近壁)通道22、至少一个后边缘通道24和至少一个中央通道26。当然，多壁叶片6内的通道18、20、22、24、26的数目可取决于例如多壁叶片6的特定构造、大小、既定用途等而改变。为此，本说明书所公开的实施例所示出的通道18、20、22、24、26的数目并不意味着是限制性的。根据实施例，可使用通道18、20、 22、24、26的不同组合来提供各种冷却回路。
图3到6中描述包括后边缘冷却回路30的实施例。后边缘冷却回路30邻近多壁叶片6的后边缘16定位于多壁叶片6的压力侧8与吸力侧10之间。
后边缘冷却回路30包括多个径向隔开，即，沿着“r”轴线(如参考图1)的冷却回路32(仅示出两个)，各自包括向外支路34、弯曲部36和返回支路38。向外支路34朝向多壁叶片6的后边缘16轴向地延伸。返回支路38朝向多壁叶片的前边缘14轴向地延伸。向外支路34和返回支路38可遵循多壁叶片6的吸力侧10和压力侧8的轮廓。在实施例中，后边缘冷却回路30可沿着多壁叶片6的后边缘 16的整个径向长度L(图5)延伸。在其它实施例中，后边缘冷却回路30可部分地沿着多壁叶片6的后边缘16的一个或多个部分延伸。
在每个冷却回路32中，向外支路34通过弯曲部36相对于返回支路38沿着“r”轴线径向地偏移。为此，弯曲部36将设置在第一径向平面P1处的冷却回路32的向外支路34流体连接到设置在第二径向平面P2中的冷却回路32的返回支路38，所述第二径向平面不同于第一径向平面P1。举例来说，在图3所示的非限制性实施例中，在每个冷却回路32中，向外支路34相对于返回支路38径向地向外定位。在其它实施例中，在一个或多个冷却回路32中，可逆转向外支路34相对于返回支路38的径向定位，使得向外支路34相对于返回支路38径向地向内定位。图5示出图3所描述的后边缘冷却回路 30的部分在多壁叶片6内的的非限制性位置28。
如图4所示，除径向偏移之外，向外支路34可通过弯曲部36相对于返回支路38以角度α周向地偏移。在此配置中，向外支路34沿着多壁叶片6的吸力侧10延伸，而返回支路38沿着多壁叶片6的压力侧8延伸(如参见图3、4和6)。在其它实施例中，向外支路34 可沿着多壁叶片6的压力侧8延伸，而返回支路38可沿着多壁叶片 6的吸力侧10延伸(如参见图7)。径向和周向偏移可例如基于后边缘冷却回路30的几何形状和热容量约束和/或其它因素而变化。对于每个冷却回路32，周向偏移可能相同，或可基于例如冷却回路32在多壁叶片的后边缘16中的径向位置而改变。
例如由燃气涡轮系统102的压缩机104(图19)产生的冷却空气流40(或其它合适的冷却剂)通过至少一个冷却剂馈送装置，例如，冷空气馈送装置42流入后边缘冷却回路30。一般来说，可使用任何合适类型的冷却剂。每个冷空气馈送装置42可例如使用图2所描述的后边缘通道24中的一个或多个而形，成或可使用多壁叶片6 中的任何其它合适的冷却空气源而提供。在每个冷却回路32处，冷却空气流40的一部分44传递到冷却回路32的向外支路34中并朝弯曲部36流动。冷却空气流44由冷却回路32的弯曲部36重新定向，例如，逆转并流入冷却回路32的返回支路38。对于每个冷却回路 32，传递到每个向外支路34中的冷却空气流44可能相同，或对于不同组(即，一个或多个)冷却回路32，可能不同。
根据实施例，来自后边缘冷却回路30的多个冷却回路32的冷却空气流44流出冷却回路32的返回支路38而进入收集通道46。可提供单个收集通道46，然而也可利用多个收集通道46。收集通道46可例如使用图2所描述的后边缘通道24中的一个或多个而形成或可使用多壁叶片6内的一个或多个其它通道而提供。尽管图3示出为径向地向外流动通过收集通道46，但“使用过的”冷却空气实际上可径向地向内流动通过收集通道46。
流入并流动通过收集通道46的冷却空气48或其一部分可，例如，使用一个或多个通道，例如，通道18到24和/或多壁叶片6内的其它通道引导到多壁叶片6的一个或多个另外的冷却回路。为此，冷却空气48的至少一些剩余热容量用于冷却目的，而非毫无效率地从多壁叶片6的后边缘16排出。
冷却空气48或其一部分可用来提供对多壁叶片的各个区域的薄膜冷却。举例来说，如图2所描述，冷却空气48可用来提供冷却薄膜50到沿着多壁叶片6的吸力侧10(包括后边缘16处)的一个或多个位置、提供冷却薄膜52到沿着多壁叶片6的压力侧8(包括后边缘16处)的一个或多个位置、以及提供冷却薄膜50、52到沿着多壁叶片6的压力侧8和吸力侧10两者(包括后边缘16处)的一个或多个位置。另外，冷却空气48可用来提供冷却薄膜54到沿着多壁叶片6的尖端区域56的一个或多个位置，和/或提供冷却薄膜58到沿着多壁叶片的压力侧平台5和/或吸力侧平台7的一个或多个位置。
在实施例中，后边缘冷却回路30中的冷却回路32中的一个或多个的向外支路34和返回支路38可具有不同大小。举例来说，如图8 和9所描述，每个冷却回路32中的向外支路34可比返回支路38 大，例如，以增强热传递。向外支路34的大小可例如通过增大向外支路34的径向高度和橫向宽度中的至少一个而增大。在其它实施例中，向外支路34可小于返回支路38。
在另外的实施例中，后边缘冷却回路30中的冷却回路32中的向外支路34和/或返回支路38的大小可例如基于冷却回路32在多壁叶片6的后边缘16内的相对径向位置而变化。举例来说，如图10所描述，径向向外冷却回路32A的向外支路34A和/或返回支路38A的大小可分别比冷却回路32B的向外支路34B和返回支路38B大，例如，以增强热传递。
在另外的实施例中，障碍件可在后边缘冷却回路30中的冷却回路32中的至少一个中的向外支路34或返回支路38中的至少一个内提供障碍件。障碍件可包括例如金属插脚、凸块、翅片、插塞和/或类似物。此外，障碍件的密度可基于冷却回路32在多壁叶片6内的相对径向位置而变化。举例来说，如图11所描述，可在径向向外冷却回路32C的向外支路34C和返回支路38C中以及在冷却回路32D 的向外支路34D和返回支路38D中提供一组障碍件62。分别与返回支路38C、38D中的障碍件62的密度相比，向外支路34C、34D中的障碍件62的密度可能较高，例如，以增强热传递。此外，与冷却回路32D相比，径向向外冷却回路32C中的障碍件62的相对密度可能较高，例如，以增强热传递。
在一些实施例中，多个向外和返回支路可连接组合在一起以形成后边缘冷却回路。这可例如用于减少后边缘冷却回路内的压力损失和/或稳定压力降，并且在一些情况下简化多壁叶片6的制造。图 12到14描述根据实施例的此类后边缘冷却回路的第一实例130。图 15和16描述根据实施例的此类后边缘冷却回路的第二实例230。图 17和18描述根据实施例的后边缘冷却回路的另一实例330。
后边缘冷却回路130包括多个向外支路134、多个返回支路138 和将多个向外支路134与多个返回支路138流体连接的后连接件 136。每个向外支路134朝向多壁叶片6的后边缘16轴向地延伸。每个返回支路138朝向多壁叶片的前边缘14轴向地延伸。向外支路 134和返回支路138可遵循多壁叶片6的吸力侧10和压力侧8的轮廓。在实施例中，后边缘冷却回路130可沿着多壁叶片6的后边缘 16的整个径向长度L(图5)延伸。在其它实施例中，后边缘冷却回路130可部分地沿着多壁叶片6的后边缘16的一个或多个部分延伸。
多个向外支路134可连接组合在一起成为如图12所示出的组160，其中每个组160包括至少两个向外支路134。此外，多个返回支路138可连接组合在一起成为组162，其中每个组162包括至少两个返回支路138。根据实施例，向外支路134组160和返回支路138 组162可以交替顺序沿着多壁叶片6的后边缘16的径向长度L(图 5)的至少一部分径向地隔开，即，沿着“r”轴线。
如图13所示，除径向偏移之外，每个向外支路134组160可相对于至少一个相邻的返回支路138组162以角度β周向地偏移。在所示配置中，每个向外支路134组160沿着多壁叶片6的吸力侧10延伸，而每个返回支路138组沿着多壁叶片6的压力侧8延伸。径向和周向偏移可例如基于后边缘冷却回路130的几何形状和热容量约束和 /或其它因素而变化。在其它实施例中，每个向外支路134组160可沿着多壁叶片6的压力侧8延伸，而每个返回支路138组可沿着多壁叶片6的吸力侧10延伸。
例如由燃气涡轮系统102的压缩机104(图19)产生的冷却空气流140(或其它合适的冷却剂)通过至少一个冷却剂馈送装置，例如，冷空气馈送装置142流入后边缘冷却回路130。每个冷空气馈送装置142可例如使用图2所描述的后边缘通道24中的一个或多个而形成，或可使用多壁叶片6中的任何其它合适的冷却空气源而提供。
通道144将冷空气馈送装置142流体连接到向每个外支路134组 160。冷却空气流140的一部分150通过通道144传递到每个向外支路134组160中并分成独立的流152，所述独立的流152朝向后连接件136穿过向外支路134。
独立的流152传递到后连接件136。后连接件136被配置成重新引导每个独立的流152进入返回支路138组162的相邻返回支路 138。每个返回支路138组162中的返回支路138中的独立的流152 并入流154，所述流154通过通道156流入收集通道146。流154并入收集通道146内以形成冷却空气流148。
根据实施例，可提供单个收集通道146，然而，也可利用多个收集通道146。收集通道146可例如使用图2所描述的后边缘通道24 中的一个或多个而形成或可使用多壁叶片6内的一个或多个其它通道而提供。尽管在图13中示出为径向地向外流动通过收集通道146，但“使用过的”冷却空气可实际上径向地向内流动通过收集通道 146。
流入并流动通过收集通道146的冷却空气的合并流148或其一部分可，例如，使用一个或多个通道(如通道18到24)和/或多壁叶片6内的其它通道引导到多壁叶片6的一个或多个另外的冷却回路。为此，冷却空气流148的至少一些剩余热容量用于冷却目的，而非毫无效率地从多壁叶片6的后边缘16排出。
在实施例中，后边缘冷却回路130中的组160、162中的一个或多个的向外支路134和/或返回支路138可具有不同大小。举例来说，每个组160中的向外支路134可大于每个组162中的返回支路 138。在另外的实施例中，后边缘冷却回路130中的组160、162中的一个或多个中的向外支路134和/或返回支路138的大小可例如基于组160、162在多壁叶片6的后边缘16内的相对径向位置而变化。在额外的实施例中，可在后边缘冷却回路130中的向外支路134和返回支路138中的至少一些内提供障碍件。
如图14所示，后连接件136的后边缘表面170可包括朝向后连接件136的内部延伸的多个波状部分172。波状部分172沿着后连接件136在每个向外支路134组160中的向外支路134之间的点处以及在位于每个返回支路138组162的返回支路138之间的点处定向。每个波状部分172将进入后连接件136的相应的冷却空气流152从向外支路134引导(如转向)到相邻返回支路138中。此配置减小后边缘冷却回路130中的流体盲区、提高热传递、减小压降并提供制造强度。
如图15所描述，后边缘冷却回路230包括多个向外支路234、多个返回支路238和用于将多个向外支路234与多个返回支路238流体连接的多个弯曲部236。每个向外支路234朝向多壁叶片6的后边缘16轴向地延伸。每个返回支路238朝向多壁叶片的前边缘14轴向地延伸。向外支路234和返回支路238可遵循多壁叶片6的吸力侧 10和压力侧8的轮廓。在实施例中，后边缘冷却回路230可沿着多壁叶片6的后边缘16的整个径向长度L(图5)延伸。在其它实施例中，后边缘冷却回路230可部分地沿着多壁叶片6的后边缘16的一个或多个部分延伸。
多个向外支路234可连接组合在一起成为如图15所示的组 260。此外，多个返回支路238可连接组合在一起成为组262。根据实施例，向外支路234组260和返回支路238组262可以交替顺序沿着多壁叶片6的后边缘16的径向长度L(图5)的至少一部分径向地隔开，即，沿着“r”轴线。
如图16所示，除径向偏移之外，每个向外支路234组260可相对于至少一个相邻返回支路238组262以角度β周向地偏移。在所示配置中，每个向外支路234组260沿着多壁叶片6的吸力侧10延伸，而每个返回支路138组沿着多壁叶片6的压力侧8延伸。径向和周向偏移可例如基于后边缘冷却回路230的几何形状和热容量约束和 /或其它因素而变化。在其它实施例中，每个向外支路234组260可沿着多壁叶片6的压力侧8延伸，而每个返回支路238组可沿着多壁叶片6的吸力侧10延伸。
例如由燃气涡轮系统102的压缩机104(图19)产生的冷却空气流240(或其它合适的冷却剂)通过至少一个冷却剂馈送装置(如冷空气馈送装置242)流入后边缘冷却回路230。每个冷空气馈送装置242可例如使用图2所描述的后边缘通道24中的一个或多个而形成，或可使用多壁叶片6中的任何其它合适的冷却空气源而提供。
通道244将冷空气馈送装置242流体连接到向每个外支路234组 260。冷却空气流240的一部分250通过通道244传递到每个向外支路234组260中并分成独立的流252。每个独立的流252穿过向外支路234并通过对应的弯曲部236进入相邻返回支路238。为此，流 252由弯曲部236重新定向(如逆转)并流入相邻返回支路238。每个返回支路238组262的返回支路238中的流252并入流254，所述流254通过通道256流入收集通道246。流254并入收集通道246内以形成冷却空气流248。
根据实施例，可提供单个收集通道246，然而，也可利用多个收集通道246。收集通道246可例如使用图2所描述的后边缘通道24 中的一个而形成，或可使用多壁叶片6内的一个或多个其它通道而提供。尽管在图15中示为径向地向外流动通过收集通道246，但“使用过的”冷却空气流248可实际上径向地向内流动通过收集通道 246。
流入并流动通过收集通道246的冷却空气的合并流248或其一部分可，例如，使用一个或多个通道(如通道18到24)和/或多壁叶片6内的其它通道引导到多壁叶片6的一个或多个另外的冷却回路。为此，冷却空气流248的至少一些剩余热容量可用于冷却目的，而非毫无效率地从多壁叶片6的后边缘16排出。
在实施例中，后边缘冷却回路230中的组260、262中的一个或多个中的向外支路234和/或返回支路238可具有不同大小。举例来说，每个组260中的向外支路234可大于每个组262中的返回支路 258。在另外的实施例中，后边缘冷却回路230中的组260、262中的一个或多个中的向外支路234和/或返回支路238的大小可例如基于组260、262在多壁叶片6的后边缘16内的相对径向位置而改变。在额外的实施例中，可在后边缘冷却回路230中的组260、262中的至少一些内提供障碍件。图15所描述的配置减小后边缘冷却回路230 中的流体盲区、提高热传递、减小压降并提供制造强度。
在其它实施例中，如图17所示，在图15所描述的实施例中的每个向外支路234组260可由单个向外支路334替换，而每个返回支路 238组262可由单个返回支路338替换。提供多个弯曲部336以用于将每个向外支路334流体连接到多个相邻返回支路338。
在图17所描述的后边缘冷却回路330中，每个向外支路334朝向多壁叶片6的后边缘16轴向地延伸。每个返回支路338朝向多壁叶片的前边缘14轴向地延伸。向外支路334和返回支路338可遵循多壁叶片6的吸力侧10和压力侧8的轮廓。在实施例中，后边缘冷却回路330可沿着多壁叶片6的后边缘16的整个径向长度L(图5) 延伸。在其它实施例中，后边缘冷却回路330可部分地沿着多壁叶片 6的后边缘16的一个或多个部分延伸。向外支路334和返回支路 338可以交替顺序沿着多壁叶片6的后边缘16的径向长度L(图5) 的至少一部分径向地隔开，即，沿着“r”轴线。
如图18所示，每个向外支路334可相对于至少一个相邻返回支路338以角度β周向地偏移。在所示配置中，每个向外支路334沿着多壁叶片6的吸力侧10延伸，而返回支路338沿着多壁叶片6的压力侧8延伸。径向和周向偏移可例如基于后边缘冷却回路330的几何形状和热容量约束和/或其它因素而变化。在其它实施例中，每个向外支路334可沿着多壁叶片6的压力侧8延伸，而每个返回支路338 可沿着多壁叶片6的吸力侧10延伸。
例如由燃气涡轮系统102的压缩机104(图19)产生的冷却空气流340(或其它合适的冷却剂)通过至少一个冷却剂馈送装置(如冷空气馈送装置342)流入后边缘冷却回路330。每个冷空气馈送装置 342可例如使用图2所描述的后边缘通道24中的一个或多个而形成，或可使用多壁叶片6中的任何其它合适的冷却空气源而提供。
冷却空气流340的一部分344传递到每个向外支路334中并朝向流体连接到向外支路334的弯曲部336流动。冷却空气流344分到弯曲部336当中，其中冷却空气流344的一部分350进入每个弯曲部 336。每个弯曲部336重新引导(例如，逆转)冷却空气流350进入相应的相邻返回支路338。每个返回支路338中的冷却空气流350合并以形成流入收集通道346的合并的冷却空气流352。流352并入收集通道346内以形成冷却空气流348。
根据实施例，可提供单个收集通道346，然而，也可利用多个收集通道346。收集通道346可例如使用图2所描述的后边缘通道24 中的一个或多个而形成，或可使用多壁叶片6内的一个或多个其它通道而提供。尽管在图15中示为径向地向外流动通过收集通道346，但“使用过的”冷却空气流348可实际上径向地向内流动通过收集通道346。
流入并流动通过收集通道346的冷却空气流348或其一部分可，例如，使用一个或多个通道(如通道18到24)和/或多壁叶片6内的其它通道引导到多壁叶片6的一个或多个另外的冷却回路。为此，冷却空气流348的至少一些剩余热容量可用于冷却目的，而非毫无效率地从多壁叶片6的后边缘16排出。
在实施例中，向外支路334和返回支路338可具有不同大小。举例来说，向外支路334可大于返回支路358。在另外的实施例中，向外支路334和返回支路338的大小可例如基于向外支路334和返回支路338在多壁叶片6的后边缘16内的相对径向位置而变化。在另外的实施例中，可在向外支路334和/或返回支路338中的至少一些内提供包括例如金属插脚、凸块、翅片、插塞和/或类似物等障碍件 362以促进热传递。图17所描述的配置减小后边缘冷却回路330中的流体盲区、提高热传递、减小压降并提供制造强度。
图19示出如本说明书可使用的气体涡轮机102的示意图。气体涡轮机102可包括压缩机104。压缩机104压缩进入的空气流106。压缩机104将压缩的空气流108递送到燃烧室110。燃烧室110将压缩的空气流108与加压的燃料流112混合并点燃混合物，以形成燃烧气体流114。尽管示出单个燃烧室110，但燃气涡轮系统102可包括任何数目的燃烧室110。燃烧气体流114进而递送到涡轮116，所述涡轮116通常包括多个涡轮叶片2(图1)。燃烧气体流114驱动涡轮 116，以便产生机械功。在涡轮116中产生的机械功通过轴118驱动压缩机104，且可用来驱动例如发电机和/或类似物等外部负载120。
为了实现对多壁翼面/叶片的后边缘的额外冷却和/或将冷却薄膜直接提供到后边缘，排气通道(未示出)可从本说明书所描述的任何冷却回路的任何一部分传递通过后边缘并从后边缘出来和/或从翼面/叶片的邻近后边缘的一侧出来。每个排气通道可设定大小和/或定位在后边缘内以仅接收在特定冷却回路中流动的冷却剂的一部分，例如，小于一半。即使包括排气通道，但大部分，例如，超过一半冷却剂仍可流动通过冷却回路，且更具体地说流动通过其返回支路，从而随后出于本说明书所描述的例如薄膜和/或冲击冷却等其它目的而提供到多壁翼面/叶片的不同部分。
在各种实施例中，描述为彼此“连接”的部件可沿着一个或多个接口接合。在一些实施例中，这些接口可包括不同部件之间的接合点，且在其它情况下，这些接口可包括牢固和/或一体形成的互连件。也就是说，在一些情况下，彼此“连接”的部件可同步形成以界定单个连续构件。然而，在其它实施例中，这些连接部件可形成为独立构件且随后通过已知工艺，例如，紧固、超声焊接、压焊接合。流体连接是指流体可流动通过的连接。
当元件或层被称为在另一元件“上”、“接合到”、“联接到”或“连接到”另一元件时，其可直接在另一元件上、直接接合、直接连接或连接到另一元件，或可存在中间元件。相反，当元件被称为“直接在另一元件上”、“直接接合到”、“直接连接到”或“直接连接到”另一元件时，可能不存在中间元件或层。应以类似方式来解释用来描述元件之间的关系的其它词语，例如，“在...之间”对比“直接在...之间”、“邻近于”对比“直接邻近于”等。如本说明书所使用，术语“和/或”包括相关联的所列项目中的一个或多个的任何和所有组合。
本说明书所使用的术语仅出于描述特定实施例的目的，且并不在于限制本发明。如本说明书所使用，单数形式“一”和“所述”旨在还包括复数形式，除非上下文另外清楚地指示。应进一步理解，当用于本说明书中时，术语“包括”指定存在所陈述的特征、整体、步骤、操作、元件和/或部件，但不排除存在或添加一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元件、部件和/或其群组。
本书面描述用实例来公开包括最佳模式的本发明，并且还使所属领域的技术人员能够实践本发明，包括制造和使用任何装置或系统以及执行任何所并入的方法。本发明的可获专利的范围由权利要求书所界定，并且可包括所属领域的技术人员想到的其它实例。如果此类其它实例具有与所附权利要求的字面语言无异的结构元件，或者如果它们包括与所附权利要求的字面语言无实质差别的等同结构元件，那么此类其它实例旨在属于所附权利要求的范围内。

Claims (16)

1.一种用于多壁叶片的后缘冷却系统，包括：
一组向外支路，其朝向所述多壁叶片的后缘延伸并流体连接到冷却剂馈送装置；
一组返回支路，其远离所述多壁叶片的所述后缘延伸并流体连接到冷却剂收集通道；以及
连接系统，其用于流体连接所述一组向外支路和所述一组返回支路；
其中所述一组向外支路沿着所述多壁叶片的径向轴线从所述一组返回支路径向地偏移，
其中所述冷却剂馈送装置流体连接到多组向外支路，并且其中所述冷却剂收集通道流体连接到多组返回支路，并且
其中给定一组向外支路中的第一向外支路通过所述连接系统流体连接到相邻一组返回支路中的返回支路，并且其中所述给定一组向外支路中的第二向外支路通过所述连接系统流体连接到相邻的另一组返回支路中的返回支路。
2.根据权利要求1所述的后缘冷却系统，其中，所述一组返回支路相对于所述一组向外支路周向地偏移。
3.根据权利要求2所述的后缘冷却系统，其中，所述一组向外支路沿着所述多壁叶片的吸力侧延伸，且所述一组返回支路沿着所述多壁叶片的压力侧延伸，或其中所述一组向外支路沿着所述多壁叶片的所述压力侧延伸，且所述一组返回支路沿着所述多壁叶片的所述吸力侧延伸。
4.根据权利要求1所述的后缘冷却系统，其中，所述连接系统包括后连接件，所述后连接件将每组向外支路中的所述向外支路与每组返回支路中的所述返回支路连接。
5.根据权利要求4所述的后缘冷却系统，其中，所述后连接件包括定位在每组向外支路中的所述向外支路与每组返回支路中的所述返回支路之间的点处的波状部分。
6.根据权利要求1所述的后缘冷却系统，其中，所述连接系统包括多个转弯部。
7.根据权利要求1所述的后缘冷却系统，其中，给定一组向外支路中的所述第一向外支路通过第一转弯部流体连接到相邻一组返回支路中的返回支路，并且其中所述给定一组向外支路中的所述第二向外支路通过第二转弯部流体连接到相邻的另一组返回支路中的返回支路。
8.根据权利要求7所述的后缘冷却系统，其中，所述给定一组向外支路包括单个向外支路。
9.根据权利要求8所述的后缘冷却系统，其中，所述相邻一组返回支路和所述相邻的另一组返回支路各自包括单个返回支路。
10.一种多壁涡轮叶片，包括：
后缘冷却系统，其设置在所述多壁涡轮叶片内，所述后缘冷却系统包括：
一组向外支路，其朝向所述多壁涡轮叶片的后缘延伸并流体连接到冷却剂馈送装置；
一组返回支路，其远离所述多壁涡轮叶片的所述后缘延伸并流体连接到冷却剂收集通道；以及
连接系统，其用于流体连接所述一组向外支路和所述一组返回支路；
其中所述一组向外支路沿着所述多壁涡轮叶片的径向轴线从所述一组返回支路径向地偏移，
其中所述冷却剂馈送装置流体连接到多组向外支路，并且其中所述冷却剂收集通道流体连接到多组返回支路，并且
其中给定一组向外支路中的第一向外支路通过所述连接系统流体连接到相邻一组返回支路中的返回支路，并且其中所述给定一组向外支路中的第二向外支路通过所述连接系统流体连接到相邻的另一组返回支路中的返回支路。
11.根据权利要求10所述的多壁涡轮叶片，其中，所述一组返回支路相对于所述一组向外支路周向地偏移。
12.根据权利要求10所述的多壁涡轮叶片，其中，所述一组向外支路沿着所述多壁涡轮叶片的吸力侧延伸，且所述一组返回支路沿着所述多壁涡轮叶片的压力侧延伸，或其中所述一组向外支路沿着所述多壁涡轮叶片的所述压力侧延伸，且所述一组返回支路沿着所述多壁涡轮叶片的所述吸力侧延伸。
13.根据权利要求10所述的多壁涡轮叶片，其中，所述连接系统包括后连接件，所述后连接件将每组向外支路中的所述向外支路与每组返回支路中的所述返回支路连接。
14.根据权利要求13所述的多壁涡轮叶片，其中，所述后连接件包括定位在每组向外支路中的所述向外支路与每组返回支路中的所述返回支路之间的点处的波状部分。
15.根据权利要求10所述的多壁涡轮叶片，其中，所述连接系统包括多个转弯部，并且其中给定一组向外支路中的所述第一向外支路通过第一转弯部流体连接到相邻一组返回支路中的返回支路，并且其中所述给定一组向外支路中的所述第二向外支路通过第二转弯部流体连接到相邻的另一组返回支路中的返回支路。
16.一种涡轮机，包括：
燃气涡轮系统，其包括压缩机部件、燃烧室部件和涡轮部件，所述涡轮部件包括多个涡轮叶片，所述涡轮叶片中的至少一个包括多壁叶片；以及
设置在所述多壁叶片内的后缘冷却系统，所述后缘冷却系统包括：
一组向外支路，其朝向所述多壁叶片的后缘延伸并流体连接到冷却剂馈送装置；
一组返回支路，其远离所述多壁叶片的所述后缘延伸并流体连接到冷却剂收集通道；以及
连接系统，其用于流体连接所述一组向外支路和所述一组返回支路；
其中所述一组向外支路沿着所述多壁叶片的径向轴线从所述一组返回支路径向地且周向地偏移，
其中所述冷却剂馈送装置流体连接到多组向外支路，并且其中所述冷却剂收集通道流体连接到多组返回支路，并且
其中给定一组向外支路中的第一向外支路通过所述连接系统流体连接到相邻一组返回支路中的返回支路，并且其中所述给定一组向外支路中的第二向外支路通过所述连接系统流体连接到相邻的另一组返回支路中的返回支路。
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